4d打印机的诞生及其原理 / 五连击生活

科技是人类进步的阶梯。人类在探索过程中，不断出现新的想法并把这些奇思妙想变成现实的过程就是不断进步的过程。在小编还没有完全领悟到3D打印机的奥妙时，4D打印机就诞生了。它是在3D打印机的基础上加上时间轴，使它打印出来的物体能自动组装。哇!太神奇了。那么，4D打印机是谁提出的?它是如何诞生的?原理又是什么?

1.4D打印诞生过程

2013年2月25日，在美国加州长滩市举办的TED2013大会上，来自美国麻省理工学院的斯凯拉·蒂比茨向我们展示了4D打印技术的无穷魅力。28岁的建筑设计师、计算机科学家斯凯拉·蒂比茨是4D打印研究项目的负责人，他在麻省理工学院的自我组装实验室有一个750升的大鱼缸，足以养活一头鲨鱼。他发明的4D打印机目前还只能在水里工作。据蒂比茨介绍，4D打印技术背后的核心是自我组装技术，而这项技术已经在纳米级上应用多年。蒂比茨先是在生物分子学教授亚瑟·奥尔森的指导下，通过3D打印技术配合嵌入式磁铁，设计了一组可以自我组装的零件，只需用力晃动烧杯，杯中的零件就像有了意识一样，自动组装成一个脊髓灰质炎病毒的3D模型。这个实验证明了4D打印技术的可行性，但是摇晃烧杯实在是太耗费体力了。

几个月后，蒂比茨见到了世界最大的3D打印机生产商Stratasys公司的项目负责人，他们刚刚发明了一种可以在水里变形的高分子聚合材料。这种新材料一旦接触到水，可以延展到自身长度的两倍。借助设计软件，蒂比茨将可延展和不可延展的两种材料混合打印到一缕线中，只要将这缕线放入热水中，用不了多久就可以弯曲变形，构成麻省理工学院的缩写“MIT”。在第二次实验中，他又加入了更复杂的算法和设计，使得放入水中的线弯曲成立方体，展现出3D的效果。

2..4D打印简介

所谓的4D打印，比3D打印多了一个“D”也就是时间纬度，人们可以通过软件设定模型和时间，变形材料会在设定的时间内变形为所需的形状。准确地说4D打印是一种能够自动变形的材料，直接将设计内置到物料当中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。4D打印由MIT与Stratasys教育研发部门合作研发的，是一种无需打印机器就能让材料快速成型的革命性新技术。大小形状可以随时间变化。准确地说是一种能够自动变形的材料，只需将其放入水中，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计自动折叠成相应的形状。4D打印最关键是记忆合金。

3.4D打印的原理

3D打印是预先建模再打印出成品，而4D打印的逻辑，是把产品设计通过打印机嵌入可以变形的智能材料中，在特定时间或激活条件下，无需人为干预，也不用通电，便可按照事先的设计进行自我组装。4D打印的流程是这样的：首先对材料进行编程，使其能够对某些刺激做出反应，比如冷、热和湿度，再把这样的材料用3D打印机打印出来。这些物质中的粒子形成纽带，可以，比如说，使材料打印带将材料塑造成某种形状。美国马萨诸塞州技术研究实验室总监Skylar Tibbits表示，4D打印可以生产智能产品，它可以自动适应外部变化，进行自我修复。比如，管道可以设计成能够根据水流量进行膨胀或收缩的，或者在破裂时自我修复。自适应或自修复技术也能在灾难救援或太空环境等恶劣环境中派上用场。

4.4D打印的应用

对于这一技术的运用，蒂比茨认为其能够自我变形的特性，可以让物体实现在地下管道等难以接触到的地方进行自我组装。此外，这一技术还有可能应用到家具、自行车、汽车、甚至建筑物的制造上。

蒂比茨正在寻找制造商与他合作，以期在这些方面进行创新。“我们在寻找必须使用到这些材料的产品……设想一下，如果水管能够自我延伸，应对不同的需求和流量，这样就能够省掉挖掘街道的步骤了。”

奥古恩说，4D打印概念的灵感来自于生物的自我复制能力。不过，该技术初期只能“打印”自动变形的条状物体，其下一步的研究目标是“打印”片状物体，然后才是结构更加复杂的物体。据蒂比茨和他的团队介绍，目前的4D打印机只能打印条状物体，实现一维到二维，一维到三维的变化，今后他们要设计打印出片状物体、然后是立体物体，实现二维到三维，三维到更复杂结构的变化。

一些专家们认为，这一技术的问世可能预示着自我组装家具时代的来临。美国软件开发商、参与4D技术开发的欧特克公司正在对此进行更进一步的研究。该公司首席研究专家卡洛·奥古恩称：“想象一下这样的场景，你在宜家买到一把椅子，然后把它放到你的屋子里，关键的是，这把椅子会自我组装。”在4D打印的时代，产品将变得更加智能化和人性化，空间站和卫星将能实现自我组装和自我修复，危险地区的工程将不再需要人的参与，桥梁、水坝、公路、房屋……一切都将按照设计自行建造。《变形金刚》里的场景将不再只是银幕上的幻想，可变形的汽车将更加安全、方便、可靠。人们只需坐在电脑旁，根据自己的想法和需要，设计出适合自己的产品，然后轻点一下“打印”便大功告成。

4d打印机的诞生及其原理

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